Question

10．实验室用下列装置探究SO₂的性质并测定SO₂转化为SO₃的转化率．已知：SO₃熔点为16.8℃，沸点为44.8℃，且遇水剧列反应．

（1）仪器a的名称是分液漏斗．
（2）装置A的作用除将气体充分混合、干燥气体外，还能通过观察气泡以便控制O₂和SO₂的流速．
（3）I和II连接可验证SO₂的性质．
①装置B中现象是溶液由紫色变为红色；装置C中的现象体现了SO₂的氧化性．
②经验证D瓶中的溶液能使品红试液褪色．请用最简单的方法检验D瓶中含有SO₂还是含有氯水：取褪色后的溶液加热，若溶液变红，则溶液中含有二氧化硫，否则含有氯水．
（4）I和Ⅲ连接可测定SO₂的转化率．
①当停止通入SO₂，熄灭酒精灯后需继续通一段时间的O₂，目的是使残留在装置中的SO₂和SO₃被充分吸收．
②有同学认为，装置G中盛放的溶液可用下列试剂bc代替更环保（填序号）．
a．足量BaC1₂溶液b．足量Ba（OH）₂溶液c．足量FeC1₃和BaC1₂的混合液d．足量NaHSO₃溶液
③实验结束后，若装置F增加的质量为mg，装置G中产生白色沉淀的质量为ng，则此条件下，SO₂的转化率为$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$（用含字母的代数式表示，不用化简）．

Answer 1

分析 （1）根据图示可知，仪器a为分液漏斗；
（2）二氧化硫、仪器不溶于浓硫酸，也不与浓硫酸反应，在装置A中会产生气泡，根据产生气泡速度可以控制O₂和SO₂的流速；
（3）①二氧化硫为酸性氧化物，能够使紫色石蕊试液变红；装置C中的氢硫酸与二氧化硫反应生成硫单质，体现了二氧化硫的氧化性；
②二氧化硫的漂白性是暂时的，加热后会恢复原色，而氯水的漂白是永久的，据此设计检验方案；
（4）①二氧化硫和三氧化硫是大气的污染物，需要用氧气将装置中二氧化硫和三氧化硫排出，从而被完全吸收；
②装置G的作用是吸收二氧化硫，联系二氧化硫的化学性质对各选项进行判断；
③三氧化硫的熔沸点降低，所以二氧化硫和三氧化硫的混合气体通过装置F后，三氧化硫变成固体，即装置F增加的mg为反应后生成的三氧化硫的质量，根据n=$\frac{m}{M}$计算出三氧化硫的物质的量，从而得出被氧化的二氧化硫的物质的量；
装置G中二氧化硫与硝酸钡反应生成硫酸钡沉淀，产生的ng白色沉淀为硫酸钡，根据n=$\frac{m}{M}$计算出生成硫酸钡的物质的量，根据S原子守恒可知反应后剩余二氧化硫的物质的量，然后计算出二氧化硫的转化率．

解答 解：（1）装置图中，充分浓硫酸的仪器a的名称为分液漏斗，故答案为：分液漏斗；
（2）装置A中盛放的是浓硫酸，可以将气体充分混合、并干燥气体，另外还可以根据产生气泡速度控制通入的氧气和二氧化硫的流速，通过观察气泡以便控制O₂和SO₂的流速，
故答案为：通过观察气泡以便控制O₂和SO₂的流速；
（3）①装置B中盛放的是石蕊试液，二氧化硫溶于水生成弱酸亚硫酸，导致石蕊试液由紫色变为红色；装置C中盛放的是饱和硫化氢气体，硫化氢能够与二氧化硫反应生成S单质，该反应中二氧化硫化合价降低被还原，表现了氧化性，
故答案为：溶液由紫色变为红色；氧化；
②经验证D瓶中的溶液能使品红试液褪色，二氧化硫的漂白性是暂时的、不稳定的，加热后会褪色，而氯气的漂白利用的是次氯酸的强氧化性，氯水的漂白是永久的，所以检验D瓶中含有SO₂还是含有氯水的方法为：取褪色后的溶液加热，若溶液变红，则溶液中含有二氧化硫，否则含有氯水，
故答案为：取褪色后的溶液加热，若溶液变红，则溶液中含有二氧化硫，否则含有氯水；
（4）①使残留在装置中的SO₂和SO₃被充分吸收，故答案为：使残留在装置中的SO₂和SO₃被充分吸收；
②装置G的作用是吸收并测定SO₂，避免造成空气污染，但是反应中会生成有毒的NO，
a．足量BaC1₂溶液：氯化钡溶液不与二氧化硫反应，不能用氯化钡溶液代替硝酸钡，故a错误；
b．足量Ba（OH）₂溶液能够与二氧化硫反应，可以用氢氧化钡溶液吸收二氧化硫，反应中没有有毒气体生成，故b正确；
c．铁离子能够将二氧化硫氧化成硫酸，硫酸与氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以可用足量FeC1₃和BaC1₂的混合液代替硝酸钡溶液，反应中不会生成有毒气体，故c正确；
d．足量NaHSO₃溶液：亚硫酸氢钠溶液不与二氧化硫反应，无法代替装置G，故d错误；
故答案为：bc；
③由于三氧化硫的熔沸点降低，所以二氧化硫和三氧化硫的混合气体通过装置F后，三氧化硫变成固体，即装置F增加的mg为反应后生成的三氧化硫的质量，则反应生成的三氧化硫的物质的量为：$\frac{mg}{80g/mol}$=$\frac{m}{80}$mol，所以反应中被氧化的二氧化硫为$\frac{m}{80}$mol，
装置G中二氧化硫与硝酸钡反应生成硫酸钡沉淀，产生的ng白色沉淀为硫酸钡，生成硫酸钡的物质的量为：$\frac{ng}{233g/mol}$=$\frac{n}{233}$mol，根据S原子守恒，反应后剩余二氧化硫的物质的量为$\frac{n}{233}$mol，所以二氧化硫的转化率为：$\frac{\frac{m}{80}mol}{\frac{m}{80}mol+\frac{n}{233}mol}$×100%=$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$，
故答案为：$\frac{\frac{m}{80}}{\frac{m}{80}+\frac{n}{233}}×100%$．

点评 本题考查了性质实验方案的设计，题目难度中等，明确二氧化硫的性质及实验目的为解答关键，注意掌握性质实验方案设计与评价的原则，（4）②为难点、易错点，需要明确装置中质量变化的含义，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．